Die fühlende Handprothese und warum es trotzdem keine Cyborgs geben wird

Science-Fiction-Fans wissen: Übermenschliche Fähigkeiten verleiht in Zukunft nicht mehr der Zaubertrank, sondern die Technik. Schnittstellen zwischen Mensch und Maschine – Cochlea-Implantate, künstliche Netzhäute oder mechanische Prothesen – stellen heute verlorene körperliche Fähigkeiten wieder her. Aber die Idee liegt nahe, die möglichkeiten des Körpers mit diesen Mitteln über das Maß Gesunder hinaus zu erweitern – quasi nach dem Vorbild von Geordi LaForge. Ich persönlich hätte nichts dagegen, mit meinem Hörgerät auch Ultraschall wahrnehmen zu können. Wir haben ja auch neuerdings ja einen Cyborgismus-Verein in Deutschland, der sich unter anderem mit solchen Fragen beschäftigt.

Cyborg: Der Kanadier Jens Naumann verlor als Erwachsener sein Augenlicht. Dank eines Gehirnimplantats gewann er 2002 eine rudimentäre Sehfähigkeit zurück.

Cyborg: Der Kanadier Jens Naumann verlor als Erwachsener sein Augenlicht. Dank eines Gehirnimplantats gewann er 2002 eine rudimentäre Sehfähigkeit zurück. Bildquelle: Screenshot von CBS via Wikipedia

Die Realität ist allerdings: In den meisten Fällen gelingt es nur so gerade eben, selbst die geringsten natürlichen Fähigkeiten des Körpers technisch nachzubilden. Das jüngste Beispiel ist die neue, fühlende Handprothese, die ein italienisches Team aus Medizinern und Technikern hergestellt hat. Ihr Herzstück ist eine Verbindung zwischen Drucksensoren in der Prothese und den Armnerven, die normalerweise die Sinnesreize aus der Hand ableiten. Es ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu echten Cyborg-Implantaten – aber auch ein Indiz dafür, dass dieser Weg letztendlich eine Sackgasse sein wird.

Was wir nämlich mehr und mehr erkennen ist, dass die informationsverarbeitenden Systeme in Biologie und Technik praktisch nicht zusammen passen – mit der Konsequenz, dass technische Systeme am Körper nach wie vor völlig gefühllos sind, und entsprechend schlecht zu steuern. Man sollte meinen, dass im Zeitalter der Alleskönner-Smartphones auch künstliche Gliedmaßen ihren Besitzern mit hochentwickelten Sensoren das Gefühl einer echten Hand oder eines echten Beines vermitteln. Aber nix da.

Gesucht: Prothesen mit Gefühl

Es erweist sich als sehr kompliziert, Sensorsignale in Echtzeit in die Nerven zu bekommen, so dass man ein direktes Feedback hat, was man da gerade tut. Zum Beispiel eben, wenn wir nach Gegenständen greifen. Selbst modernste Handprothese zum Beispiel kann man zwar mit Muskelsignalen aus dem Armstumpf ansteuern, aber es kommen keine Signale zurück. Um zu wissen, was man tut, muss man die Hand schon sehen. Das ist ungefähr so Cyborg-mäßig wie eine Rohrzange.

Dass Prothesen bisher kein Feedback senden, ist umso bezeichnender, wenn man sich klarmacht, wie wichtig der Tastsinn unserer Finger für uns ist. Ich habe mal bei einem Unfall[1] die Hautnerven meines Ringfingers durchtrennt und hatte danach über ein Jahr lang kein Gefühl in der Fingerkuppe. Schon das war beim Greifen ziemlich lästig. Eine ganze Hand zu verlieren ist ein immenser Verlust an Lebensqualität, auch mit einer künstlichen Greifhand.

Der Clou an der frisch vorgestellten Prothese ist, dass spezielle Elektroden die Signale der Drucksensoren auf die Armnerven übertragen, die auch bei einer echten Hand diese Signale ableiten. Bei bisherigen Versuchen mit Sensoren reizt man andere Nerven (zum Beispiel Hautnerven in der Brust), so dass die Testpersonen mindestens aufwendig lernen müssen, die Signale zuzuordnen. Und die Griffstärke in Echtzeit justieren ist damit auch nicht. Dagegen berichtet der Tester der neuen Prothese von nahezu natürlichen Gefühlseindrücken, und entsprechend präzise kann er im Experiment den Druck seiner Finger justieren.

Die Elektroden werden an den Armnerven implantiert. Danach mussten die Forscher erstmal herausfinden, ob die Dinger an den richtigen stellen liegen. Bildquelle: Abb. 1 aus Raspopovich et al., Science Translational Medicine Vol 6 Issue 222 222ra19, 2014.

Die Elektroden werden an den Armnerven implantiert. Danach mussten die Forscher erstmal herausfinden, ob die Dinger an den richtigen stellen liegen. Bildquelle: Abb. 1 aus Raspopovich et al., Science Translational Medicine Vol 6 Issue 222 222ra19, 2014.

Wie man Elektronik an Nerven anschließt

Die Experimentatoren haben vier Elektroden in den Arm gepflanzt, je zwei in verschiedenen Bereichen des Ellen- und Mittelarmnervs, die in der gesunden Hand Signale von Fingern und Handflächen weiterleiten. Zwei von denen bilden nach der Testphase nun die rudimentäre Nervenverbindung. Die Elektroden sind so eingestellt, dass sie je nach Stärke des gemessenen Druckes Ströme abgeben, die von gerade noch wahrnehmbarer Berührung bis knapp unter die Schmerzgrenze reichen. Der Patient merkt also am Nervenreiz direkt, wie stark er zugreift.

Der Patient musste nicht mal trainieren, weil die Armnerven räumliche Repräsentationen der jeweiligen Finger enthalten – genau wie bei der Repräsentation des Tastsinnes im Gehirn sind bestimmte Bereiche des Nervs für spezielle Finger und Fingerglieder zuständig. Nachdem die Wunde verheilt war, haben die Mediziner deswegen erstmal getestet, welche Handbereiche die Elektroden abdecken und wählten zwei aus, die den kleinen Finger und den Hautbereich zwischen Daumen und Zeigefinger repräsentierten: Die Signale der Elektroden kommen genau in den Bereichen des Nervs an, die auch der gesunden Hand die Signale von Daumen, Zeigefinger und kleinem Finger entgegennehmen

Der Proband ist Rechtshänder, der sich mit einem Feuerwerkskörper die linke Hand abgesprengt hat, was zumindest konsistent mit dem klassischen Böller-angezündet-Feuerzeug-weggeworfen-Szenario ist und außerdem bedeutet, dass der Unterarm samt Nerven noch weitgehend erhalten ist – ansonsten hätte das Ganze nicht funktionieren können. Andererseits ist das ganze schon ein paar Jahre her, deswegen war am Anfang nicht klar, ob die räumliche Zuordnung von Nervenreizen zu identifizierbaren Hautbereichen überhaupt noch funktionieren würde nach all den Jahren.

Die Signale kommen in Echtzeit beim Patienten an, so dass mit der Prothese zwischen Fingern, Nerven und Steuermuskeln eine geschlossene Rückkoppelungsschleife entstand, die ja auch in gesunden Händen existiert und für ordentliches Greifen unverzichtbar ist. Mit dieser Rückkopplungsschleife kann der Patient dann auch gezielt und auf Anforderung verschieden Starken Druck ausüben – die entsprechenden Druckprofile sehen ähnlich aus wie die einer natürlichen Hand, und völlig anders als die klassischer Prothesen, die man auf Sicht steuert.

Formen fühlen mit künstlicher Hand

Entscheidend ist natürlich weniger, wie gut einzelne Finger drücken können, sondern ob solche Nervensignale echtes „Hand“-Gefühl erzeugen, mit dem der Proband Form und Konsistenz eines Objekts ertasten kann. Das hat anscheinend auch funktioniert, weitgehend ohne Training kann der Proband ein Stück Holz von einer Packung Taschentücher unterscheiden und beide von einem Stapel Plastikbecher, oder aber eine zylindrische Flasche von (großem) Baseball und (kleiner) Clementine.

Die Technik ist also offenbar auf einem guten Weg, den Prothesen das Fühlen beizubringen. Aber nachdem ich diese Veröffentlichung gelesen habe, glaube ich immer weniger, dass die Cyborg-Technik, also die organische Verbindung von Mensch und Maschine, jemals aus der Prothesen-Nische rauskommt.

Statt Menschen auf dem Mars: Oppy. Die Technik kommt ganz gut ohne uns aus.

Statt Menschen auf dem Mars: Oppy. Die Technik kommt ganz gut ohne uns aus. Bildquelle: NASA (Fotomontage)

Stattdessen wird mit der entsprechenden Technik schnell passieren, was wir in den letzten Jahrzehnten schon in der Raumfahrt beobachtet haben. Am Anfang, mit Mondlandung und den Raumstationen Spacelab und MIR, waren alle ganz begeistert davon, dass man Menschen in den Weltraum schießen kann. Aber in der Zwischenzeit hat sich eben auch herausgestellt, dass Menschen großen Aufwand verursachen, für den es in den meisten konkreten Fällen wenig Rechtfertigung gibt.

Es sind deswegen auch automatische Satelliten, die aus der Erdumlaufbahn Daten von Land, Meer und Atmosphäre sammeln, und Robotersonden Erforschen das Sonnensystem von Merkur bis an den Rand der Heliosphäre. Menschen mit ihren komplizierten Bedürfnissen bleiben auf der Erde – sie würden nur stören.

Cyborgs in der Raumfahrt-Falle

Und auch bei künstlichen Körperteilen mit besonderen Fähigkeiten ist immer weniger ersichtlich, warum man sie an einem Menschen montieren sollte. Der Aufwand, Elektronik mit Nerven zu koppeln, ist immens, und die Resultate wenig beeindruckend. Vor allem sehe ich nicht, was Menschen der Technik zu geben haben, das moderne Steuerelektronik nicht selbst besser kann, wenn man sie nicht dafür verschwendet, die Bedürfnisse des menschlichen Körpers zu bedienen.

Die Nische für echte Cyborg-Produkte wird deswegen klein bleiben, schon weil es nur wenig Anreiz gibt, sie für spezielle Anwendungen zu entwickeln. Es ist einfacher und billiger, gleich einen Roboter zu bauen und sich die Schnittstellen-Problematik ganz zu sparen.

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[1] Involviert waren ein Wacken Open Air, etwa acht Bier, eine Wodka-Melone und ein scharfes Messer.

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www.fischblog.com

Ich bin gelernter Chemielaborant und habe ab 1999 in diesem Beruf gearbeitet. Anschliessend habe ich an der Uni Hamburg Chemie studiert. Seit dem Abschluss Ende 2006 veröffentliche ich Beiträge in meinem Fischblog und verkaufe Artikel an andere Publikationen. Seit 2008 wohne ich im Raum Heidelberg und bin bei Spektrum der Wissenschaft für das Blogportal Scilogs verantwortlich. Daneben arbeite ich als freier Journalist und Redakteur unter anderem für die digitalen Angebote von Spektrum, veröffentliche auf verschiedenen Social-Media-Plattformen und experimentiere mit Mobile Reporting. Zu meiner Webseite

6 Kommentare Schreibe einen Kommentar

  1. Zustimmung, nur ist die (Zitat)„Prothesennische“ eben gar nicht so klein. Jeder Brillenträger ist schon mit einer Prothese ausgestattet und sehr viele ältere Menschen werden schwerhörig und man könnte sich durchaus vorstellen, dass solche Altersschwerhörige später einmal eine weiterentwickelte Form der heutigen Cochleaimplantate erhalten. Dann gibt es da noch all die Querschnittsgelähmten und alte Menschen wie Helmut Schmidt, die sich mit dem Rollator durch die Gegend bewegen.
    Dass man aber nur so aus Negier und zum Plausch ein funktionierendes Sinnesorgan aufpeppt, das halte ich auch für unwahrscheinlich zumal jeder solche Eingriff Risiken mit sich bringt.

  2. Der Beitrag legt für Handprothesen ein akustisches Infarotfeedback nahe. Die Prothese (jeder Finger) äußert seine Sensorenwahrnehmungen akustisch, mit Infarotsignalen. Der Prothesenträger hört diese Signale mit einem Inarothörgerät. Der Lernprozess mag recht aufwendig sein, aber lohnend.

  3. Der Artikel ergibt Sinn, wenn man Cyborgism als „Körperteile durch etwas künstliches ersetzen“ ansieht. Tatsächlich wird es noch sehr, sehr lange dauern, bis wir künstliche Organe bauen können, die den natürlichen gleichwertig sind, auch wenn es hier interessante Fortschritte gibt wie jüngst eine fühlende Handprothese. Darum geht es beim Cyborgism eher nicht, sonst wär’s ja Prothetik und nicht Cyborgism. Ich denke, wir werden zunehmend Devices erleben, die unsere Sinne erweitern, für Einsatzzwecke, die eben nicht auf der Hand liegen. Ein wenig wie bei Computern: Vor einigen Jahrzehnten lag ja auch nicht auf der Hand, warum man so ein Gerät auf dem Schreibtisch stehen haben sollte…

  4. „warum es trotzdem keine Cyborgs geben wird“, die Begründung habe ich hier nicht gefunden. Sicher, im Moment ist das noch science fiction und der Markt ist zu klein. Aber: Die Technik schreitet immer schneller voran und möglicherweise ist es schon in 30 Jahren gar kein Problem mehr, den eigenen Arm „kurz mal“ gegen einen Cyberarm auszutauschen. Korrekt wäre gewesen zu sagen „warum es in naher Zukunft keine Cyborgs geben wird“. So gut wie alle Aussagen die etwas in alle Zukunft ausschliessen erwiesen oder erweisen sich als falsch.

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